Induktors — definīcija, uzbūve, darbība un pielietojums elektronikā

Induktors ir elektriska ierīce, ko izmanto elektriskās ķēdēs magnētiskā lādiņa dēļ.

Induktors parasti ir izgatavots no vadītspējīga materiāla, piemēram, vara stieples, kas ir aptīta ap serdi, kura izgatavota no gaisa vai magnētiska metāla. Ja par serdi izmanto magnētiskāku materiālu, magnētiskais lauks ap induktoru tiek virzīts uz induktoru, tādējādi induktors iegūst labāku induktivitāti. Mazus induktorus var arī ievietot integrālās shēmās, izmantojot tos pašus veidus, ko izmanto tranzistoru izgatavošanā. Par vadošo materiālu šajā gadījumā parasti izmanto alumīniju.

Kas ir induktivitāte un kā tā mēra

Induktivitāte (apzīmē L) raksturo induktora spēju pretoties strāvas izmaiņām un saistīta ar magnētiskā lauka veidošanos ap vītni. Induktivitātes vienība ir henrijs (H). Praktiski ierīces vērtības mērvienībās var būt mikrohenriji (μH) vai milihenriji (mH), jo viens henrijs ir diezgan liela vērtība elektronikas komponentēm.

Uzbūve un galvenie veidi

Parasti induktors sastāv no vadu vītnes (parasti vara) aptītām ap serdi. Serde var būt:

• Gaisa serde – bez magnētiska materiāla; laba augstām frekvencēm un nelielām induktivitātēm.
• Ferīta serde – izgatavota no ferīta materiāla; nodrošina augstu induktivitāti un lietojama frekvenču diapazonā bez lielām alniess (eddy) zudumiem.
• Pulverveida dzelzs serde – laba strāvas noturībai un lineārai darbībai, izmanto barošanas ķēdēs.
• Toroīdi (gredzena formas serdes) – nodrošina salīdzinoši mazu noplūdi magnētiskajam laukam, samazina elektromagnētisko traucējumu (EMI).

Ir arī speciāli komponenti kā filtri, kopēji/atšķirības režīma čokes (common-mode/differential-mode chokes) un transformatori (kuri tehniski ir divu vai vairāk induktoru savienojums ar magnētisku saikni).

Darbības princips

Induktors rada magnētisko lauku, kad caur to plūst elektriskā strāva. Kad strāva mainās, mainīgais magnētiskais lauks inducē spriegumu pretējā polaritātē (saskaņā ar Faradeja likumu un Lenca likumu), kas pretoties strāvas izmaiņām. Pamatvienādojums:

• v = L · (di/dt) — spriegums uz induktora ir proporcionāls strāvas izmaiņu ātrumam.
• Magnētiskajā laukā induktors uzglabā enerģiju: W = 1/2 · L · I².

Pielietojums elektronikā

Induktori ir plaši pielietojami:

• Barošanas avotos un maiņstrāvas-uz-tiecstrāvas (SMPS) konvertoros — kā enerģijas uzglabāšanas elementu un filtrus.
• Filtrēšanā — kopā ar kondensatoriem veido zemfrekvenču un augstfrekvenču filtrus, lai samazinātu traucējumus vai atlasītu signālu frekvences (piem., LC rezonatori).
• EMI un RFI slāpēšanā — kopējā režīma čokes izmanto, lai aizsargātu ierīces pret elektromagnētiskajiem traucējumiem.
• Antenu un radiofrekvenču pielietojumos — kā rezonatoru vai balansu/transformāciju elementu.
• Transformatoros — ja tiek izmantota magnētiska saikne starp vītnēm, tas ļauj transformēt spriegumu un strāvu.

Praktiski parametri, uz ko jāpievērš uzmanība

• Induktivitāte (L) — noteic ierīces spēju glabāt enerģiju magnētiskajā laukā.
• Q-faktors — kvalitātes koeficients; augsts Q nozīmē zemākas relatīvās enerģijas zudumus rezonancē.
• DC pretestība (DCR) — vadu pretestība, kas ietekmē siltumizdalījumu un efektivitāti.
• Saturācija — ferītu un citu magnētisko seržu materiāliem ir laukuma ierobežojums; pārsniedzot to, induktivitāte samazinās.
• Frekvenču atbilde — ferītu serdes un parasītiskās kapacitātes dēļ induktora īpašības mainās ar frekvenci.
• Core zudumi un histereze — svarīgi maiņstrāvas un augstfrekvenču lietojumos.

Vienkāršs aprēķina piemērs

Vienkārša cilindra vītņa (solenoīda) aptuvenā induktivitāte var tikt aprēķināta ar formulu:

L ≈ μ · (N² · A / l),

kur μ ir materiāla magnētiskā permeabilitāte, N — vītņu skaits, A — vītņa šķērsgriezuma laukums un l — vītņa garums. Šī formula dod aptuvenu novērtējumu; praktiskā dizainā jāņem vērā serdes ģeometrija un gaisa sprauga.

Noslēgums — praktiskie padomi

• Izvēloties induktoru, pārbaudiet nominālo strāvu (DC strāva, kas neizraisīs saturāciju) un nominālo induktivitāti pie dotajiem apstākļiem.
• Ja strādājat ar augstām frekvencēm, dodiet priekšroku gaisa serdei vai speciālām ferītu šķirnēm ar zemiem zudumiem.
• PCB dizainā izvietojiet toroidus un čokes tā, lai minimizētu siltuma uzkrāšanos un radiācijas ietekmi uz blakus komponentiem.

Šie pamatprincipi palīdz saprast induktora lomu un izvēli dažādos elektronikas projektos — no vienkāršiem filtriem līdz sarežģītiem barošanas risinājumiem.

Jautājumi un atbildes

J: Kas ir induktors?

J: No kā parasti izgatavo induktoru?

J: No kā sastāv induktora serde?

J: Kā magnētiskāks materiāls kā serde var ietekmēt magnētisko lauku ap induktoru?

J: Vai mazus induktorus var ievietot integrālās shēmās?

J: Ko parasti izmanto kā vadošo materiālu mazajiem induktoriem integrālāsshēmās?

J: Kāda ir induktora galvenā funkcija elektriskajā ķēdē?

Meklēt pēc burta